CC BY
34
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
УДК 336
Агеев С.Е.
студент 1 курса магистратуры РГУ им. А.Н.Косыгина г.Москва , РФ Е-mail: [email protected] Научный руководитель: М.П.Тюрин д.т.н., профессор, г.Москва, РФ Е-mail: [email protected]
ПРИМЕНЕНИЕ ДВУХФАЗНЫХ ТЕРМОСИФОНОВ В ПРОМЫШЛЕННЫХ СИСТЕМАХ
РЕГЕНЕРАЦИИ И ПЕРЕДАЧИ ТЕПЛОТЫ
Аннотация
В статье проведён краткий аналитический обзор эффективного применения двухфазных термосифонов. Эффективность термодинамического процессов проходящих в термосифоне при двухфазном переносе теплоты, саморегулирующая способность и простота конструкций позволяет максимально эффективно и точно обеспечить термодинамические режимы работы энергетического и тепло массообменного оборудования
Ключевые слова:
Эффективность применения, двухфазный термосифон, технологический режим, теплообменник, регенерация, теплота, система.
Одним из первых применений двухфазных термосифонов было применение их как нагревательных элементов в промышленных хлебных печах пищевой промышленности в начале девятнадцатого века, известные как трубки Перкинса. Позднее в двадцатом веке двухфазные термосифоны стали применять во многих отраслях промышленности, так же широкое применение они нашли в разных областях техники. Всплеск интереса к замкнутым термосифонам пришёлся на период второй мировой войны. Такие параметры как, простота и надёжность конструкции, неприхотливость в сервисном обслуживание, максимальная эффективность переноса теплоты обеспечило возможность их применения для охлаждения лопаток газовых турбин. Огромное применение замкнутые двухфазные термосифоны получили в Северной Америке и Канаде. При строительстве зданий и сооружений в районах вечной мерзлоты, использовалась технология замкнутого двухфазного перехода в термосваях Лонга.
В шестидесятых годах ХХ века на базе замкнутых двухфазных термосифонов была разработана термодинамическая система для нагрева воздуха. Воздухонагреватель с промежуточным теплоносителем обладающим повышенной стойкостью против коррозии и предназначенный для зашиты от коррозионных повреждений основного воздухонагревателя. Преимуществами такого нагревателя являются возможность сосредоточения опасной коррозионной зоны на нескольких рядах труб. Данная конструкция позволила обеспечить максимальную надёжность системы, легкость замены разрушенных коррозией секций, а также плотность воздухоподогревателя при сквозном коррозионном повреждении. Так же эффективно применение двухфазных термосифонов в системах отопления и отопительной технике. Термосифоны с замкнутым двухфазным циклом обладают высокой надежностью, мобильностью и универсальностью в отношении источников теплоты. Возможность использования в качестве теплоносителя незамерзающих жидкостей, имеет большое значение при разработке систем отопления для районов Крайнего Севера.
Термосифоны испарительного типа всё больше применяются в теплообменниках типа «газ-газ», которые используются в системах регенерации и утилизации теплоты и системах кондиционирования воздуха.
Применение устройств теплопередачи с испарительными термосифонами возможно в металлургии, в двухконтурных системах охлаждения теплонапряженных элементов плавильных печей. Принцип работы систем охлаждения состоит в том, что с помощью испарительных термосифонов тепловая энергия, которая негативно действует на основные элементы и узлы печи, переносится за пределы корпуса печи, где передается во вторичный контур (испарительный или жидкостный) охлаждающей системы. Применение замкнутых двухфазных термосифонов в качестве первичного контура, благодаря их автономности, имеет ряд серьёзных преимуществ по сравнению с традиционными системами охлаждения металлургических печей:
• Конструкция термосифона минимизирует опасность попадания воды в рабочее пространство печи через поврежденные участки труб, что чрезвычайно важно для плавильных печей цветной металлургии
• Отпадает необходимость в срочном поиске поврежденной трубы
• Улучшаются конструктивные характеристики охлаждаемых деталей и узлов, что положительно влияет на надёжность и долговечность работы плавильной печи
• Увеличение межремонтных сроков повышает эксплуатационную эффективность, а соответственно увеличивает производительность печей.
Данные преимущества термосифонных систем охлаждения обеспечивают возможность соблюдения основных принципов тепловых технологии и создания, оптимальных энергоэффективных конструкций технологических агрегатов. С помощью термосифонов могут быть построены эффективные системы использования теплоты отходящих газов в промышленных установках, требующих поддержания температурных уровней поверхностей теплообмена для максимального предотвращения активной сернокислотной коррозии.
Высокие показатели изотермичности на отдельных участках и возможность трансформации теплового потока в испарительных термосифонах позволяют с высокой точностью соблюсти технологические режимы в агрегатах для термической обработки различных жидкостей и газов. Применение термосифонов позволит повысить коэффициент равномерности теплового потока по периметру и высоте рабочих элементов трубчатых нагревательных печей, а следовательно, обеспечить нужный температурный режим термической обработки. Одной из областей для массового применения аппаратов с двухфазными термосифонами является газовая промышленность. Все эти преимущества, которыми обладают замкнутые двухфазные термосифоны, позволяют применять их в нагревательных печах трубчатой конструкции и огневых нагревателей абсорбента для установок осушения и очистки природного газа в газодобывающих системах. Используемые в качестве абсорбента вещества (ди- этиленгликоль, моноэтаноламин и др.) очень чувствительны к перегревам, в результате которых может происходить их интенсивное разложение. Применение двухфазных термосифонов благодаря их изотермичности, позволяет создать очень точные условия отвода и подвода теплоты, а следовательно позволяет осуществить термодинамическую регенерацию абсорбента при соблюдении требуемых технологических режимов нагрева. Способность к деконцентрации теплового потока, высокая интенсивность внутренних процессов переноса теплоты, а также возможность исполнения конструкций двухфазных термосифонов с различными геометрическими формами и габаритами позволяет применить их в качестве теплоотводов для охлаждения электротехнических устройств. Испарительные термосифоны незаменимы в системах охлаждения оргтехники и электронных приборов и является одним из самых эффективных способом повышения надежности этих приборов, а также улучшения весовых и габаритных характеристик.
Эффективно применение термосифонов при создании теплообменников-рекуператоров, предназначенных для утилизации теплоты отходящих газов промышленных печных устройств,
низкотемпературных промышленных выбросов, а также для получения технологических и теплофикационных энергоносителей в автономных теплогенераторах. Возможностью оребрения теплообменной поверхности, как с «горячей», так и с «холодной» стороны, малые значения гидравлических потерь, возможность поддержания температуры поверхности на заданном уровне, обеспечивает целесообразность применения двухфазных термосифонов. Применение термосифонов в данной области обеспечит решение таких задач как, снижение материалоемкости и энергетических затрат, повышения надежности работы оборудования.
© Агеев С.Е., 2019
УДК 621.644.8
Аникин Н.С.
ПНИПУ г. Пермь, РФ [email protected]
ОЦЕНКА ВЛИЯНИЯ ТЕПЛОВОЙ ИЗОЛЯЦИИ НА ИСПАРЕНИЕ СЖИЖЕННОГО ПРИРОДНОГО ГАЗА ПРИ ТРАНСПОРТИРОВКЕ ПО ТРУБОПРОВОДАМ
Аннотация
В статье приведена оценка эффективности применения изоляции на криогенные трубопроводы. Целью исследования является рассмотрение вариантов изоляции криогенных трубопроводов, потери сжиженного природного газа в каждом случае. При исследовании были применены: аналитическое обобщение известных научных и технических результатов, натурные исследования на базе реального проектируемого объекта.
Ключевые слова:
Сжиженный природный газ, криогенная жидкость, экранно-вакуумная изоляция, энергоэффективность, энергоресурсосбережение
В настоящее время перекачка сжиженного природного газа от пунктов производства до предприятий - потребителей по межзаводским газопроводам небольшой протяженности осуществляется преимущественно по трубопроводам. По технологическим линиям установок СПГ транспортировка сжиженного природного газа производится непосредственно по трубопроводам. При этом требуется поддерживать сжиженный газ трубе в жидком состоянии, то есть, несмотря на потери напора и притока тепла, температура СПГ должна оставаться всегда ниже температуры кипения при данном давлении.
Исходными данными для теоретических расчетов будет транспортирование сжиженного природного газа на дистанцию 100 метров по условному диаметру трубопровода Ду65.
Первых из двух рассмотренных вариантов это каучуковая изоляция, с использованием ее на трубу из стали марки 12Х18Н10Т по ГОСТ 9941-81. Предполагается использование трубок или рулонов из трех слоев толщиной 32 мм с промежуточными пароизоляционными слоями из фольги толщиной 0,1 мм, для предотвращения поглощения теплоизоляцией влаги из воздуха во время транспортирования криогенной жидкости. Коэффициент теплопроводности каучуковой изоляции 0,0382 Вт/(м*К).
Второй вариант - это вакуумный криогенный трубопровод. Криогенный трубопровод представляет собой коаксиальный двустенный трубопровод с экранно-вакуумной изоляцией (рисунок 1).
